PlasBio

Plasmafunktionalisierte
Bioverbundanwendungen
TP-HAWK

In Zusammenarbeit von der Hochschule für angewandte Wissenschaften und Kunst (HAWK, Göttingen), dem Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB, Hochschule Hannover) sowie der Firmen Krauss Maffei Berstorff (Hannover), TopStrap GmbH (Northeim) und DBD-Plasma (Göttingen), sollen Bioverbundwerkstoffe mittels plasmabasierter Funktionalisierung für Hochleistungsanwendungen verfügbar gemacht werden.

Bei den Bioverbundwerkstoffen handelt es sich um Faserverbundkunststoffe, von denen mindestens eine Komponente (Faser oder Polymermatrix) auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt wird. Ziel ist es unter anderem die mechanischen und thermischen Eigenschaften dieser Verbundwerkstoffe bzw. ihre Einzelkomponenten (Fasern/Matrix) mittels Plasmabehandlung noch leistungsfähiger und widerstandsfähiger zu gestalten, da es in vielen Anwendungen etablierte Standards bzw. Lastenhefte gibt, die auf den bisher handelsüblich eingesetzten Materialien beruhen. Sollen diese durch neue, biobasierte Materialien ersetzt werden, fehlen oft nur wenige Prozent an Performance, um einzelne Anforderungen, wie z.B. Zug- oder Biegefestigkeit, zu erfüllen.

Mittels gezielter Plasmafunktionalisierung lassen sich sowohl die Eigenschaften der Matrixpolymere selbst, als auch die der Faserkomponenten verbessern, so dass hierdurch die fehlenden bzw. unzureichenden Materialeigenschaften erbracht werden können. Der in diesem Vorhaben gewählte Ansatz zielt darauf ab en, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die Verarbeitungsgeräte so angepasst werden, dass die Plasmavorbehandlung während des Verarbeitungsprozesses (Inline) erfolgen kann. Somit lassen sich zusätzliche Prozessschritte einsparen. Die Kombination neuartiger biobasierter thermoplastischer Verbund- werkstoffe mit dem neuen Plasmafunktionalisierungsverfahren stellt somit ein hochgradiges Innovationspotenzial dar. Ferner muss der innovative Kern über die simultane Behandlung sowohl des Faser- als auch des Matrixmaterials im Zustand der Schmelze hervorgehoben werden.

Ein weiterer Ansatz baut auf der „Plasma-Armierung“ von biobasierten Lang- und Endlosfasern auf. Dieser Ansatz zielt beispielsweise auf die Problematik der Emissionsentwicklung bei der Herstellung von Bioverbundwerkstoffen ab. Das Zusammentreffen von Naturfasern und heißer thermoplastischer Polymermatrix verursacht während der Compoundierung oder des Thermoformprozesses eine Geruchsausbildung die der von verbranntem Holz ähnelt. Gerade in Bereichen fabrikneuer Waren (Neuwagen, Sportartikel, etc.), rufen derartige Gerüche beim Endkunden eher den Eindruck versehrter Artikel hervor. Im Rahmen dieses Projekts soll auf Basis von Plasmatechnologie eine Faserarmierung mittels Plasmapolymerisation (Silikatschichten/Polymerschichten) oder aber Kalt-Plasmaspritzen (Metallschichten/Polymerschichten) durchgeführt werden. Diese Armierung soll die Fasern vor Hitzebeschädigungen beim Compoundierungs-/Thermoformprozess schützen. Zudem kann eine solche Schutzschicht je nach Beschichtungsmaterial eine optimierte Benetzung und Haftung von Faser zu Matrix begünstigen, oder zusätzliche Eigenschaften hervorbringen, wie etwa die Minderung des Einflusses von UV-Strahlung durch Einbringen photokatalytischer Partikelmaterialien wie beispielsweise TiO2.

Innerhalb des Vorhabens wird ein Plasmafunktionalisierungsverfahren zur Inlinemodifikation entwickelt und aufgebaut, welches durch anschließende Studien und Weiterentwicklungen zur Marktreife gebracht werden soll.

Projektzusammenfassung:

  • Trägerschaft: NBank
  • Finanzierung: EFRE
  • Projektleitung: HAWK, Prof. apl. Prof. Dr. Wolfgang Viöl
  • Laufzeit: 01.08.2018 – 31.07.2020